懸浮床加氫裂化-液體收率最大化的渣油加工技術

吳 瓊，潘 超，張 晶

懸浮床加氫裂化-液體收率最大化的渣油加工技術

吳 瓊，潘 超，張 晶

（中國寰球工程公司遼寧分公司，中國 撫順 113006）

隨著原油價格高漲以及燃料標準的日益嚴格，煉油廠為了獲得更高利潤，最大程度地把渣油轉化為車用燃料成為必然選擇。輕-重原油的價格差異也呈現擴大趨勢，選擇可靠的重油改質技術無疑會降低煉廠的加工成本。懸浮床加氫裂化技術，渣油（524 ℃+）的單程轉化率超過95%，液體收率＞100%。介紹了懸浮床加氫裂化的技術特點，并與延遲焦化技術進行技術經濟比較。

渣油；懸浮床；加氫裂化

目前市場上可供選擇的具有高轉化率的渣油加工技術包括：渣油加氫裂化、渣油催化裂化、沸騰床渣油加氫、延遲焦化以及懸浮床加氫裂化。這些技術的選用受制于渣油的兩個主要性質：金屬含量和殘碳，見圖1渣油加工技術選擇。

從圖1可以看出，固定床加氫裂化技術能夠加工的渣油具有非常低的殘碳值、非常低的金屬含量；渣油催化裂化技術能夠加工的渣油具有低殘碳值、低金屬含量；沸騰床加氫裂化技術能夠加工的渣油具有中等殘碳值、中等金屬含量；延遲焦化、懸浮床加氫裂化能夠加工的渣油具有高殘碳值、高金屬含量。

圖1 渣油加工技術選擇Fig.1 The choice of residue processing technology

沸騰床加氫裂化技術的轉化率與延遲焦化的接近，雖然不生產固體低價值產品，但其液體渣油產品的質量也很差，僅能作為重燃料油銷售。而且在線更換出大量廢催化劑，目前還沒有很好地處理方法。延遲焦化技術在操作可靠性、靈活性等方面不斷進行改進，但對石油焦收率減少、液體收率增加方面的改進效果很小，依然面臨著如何經濟、環保處置石油焦的挑戰。

渣油加氫脫硫-渣油催化裂化技術組合雖然能夠處理較高金屬含量、殘碳值的渣油，但其低空速、短催化劑使用周期限制其廣泛應用，而且催化裂化裝置生產的柴汽比也難以滿足市場需求。

1 懸浮床加氫裂化技術發展歷程

懸浮床加氫裂化技術是在 1913年德國Bergius-Pier煤液化技術基礎上發展起來的。1927-1943年期間，使用該技術在德國建造并成功運行12套煤直接液化裝置（有的裝置處理煤-煤焦油，煤-煤焦油瀝青，煤-重油的混合物）。

上個世紀 50年代初，實施煤直接液化裝置進行加工渣油的改造，在工藝流程中添加固定床加氫反應器處理渣油懸浮床加氫裂化的產物，得到可以直接銷售的成品油，從此，懸浮床加氫裂化+固定床加氫這一組合加氫技術成為 VCC懸浮床加氫裂化技術的標志，這些裝置一直運行到 60年代，由于渣油的價格僅為3美元/桶，大多數裝置被拆除，少數裝置被改造成其他用途。由于 70年代的石油危機，對煤直接液化技術又出現需求，在1981年5月經過技術改良的3 500 桶/d VCC懸浮床加氫裂化裝置在德國 Bottorp開車運行，對煤進行直接液化，并一直運行到1987年4月，隨后改為加工渣油和超重油。

于此同時，為了給大型商業裝置提供設計數據基礎，2個工業示范裝置和1個200桶/d的中試裝置在德國Scholven投入運行，4個小型高壓試驗裝置用來評價固定床加氫催化劑性能。依托這些裝置，在1987-2000年期間，懸浮床加氫裂化技術又得到進一步改進，擴展了加工原料數據庫（世界上大多數超重油都在這些裝置上進行過評價，另外催化裂化油漿、裂解焦油、減粘渣油、脫油瀝青、煤焦油、廢塑料等也進行過加工），并對反應器設計參數、性能預測模型的精確性、設備材料的適用性等進行了驗證。

這10多年的具體工作，概括如下：

（1）定義原料（煤、渣油等）的性能和特點；

（2）各種測試原料的轉化率、產品收率和性能；

（3）開發新添加劑應用于懸浮床反應器、新催化劑應用于固定床加氫反應器；

（4）發展產品收率數據基礎，實驗室數據基礎和測試方法；

（5）優化反應器構型和尺寸；

（6）通過改變工藝設備排列優化反應流程；

（7）使用不同的內絕熱系統；

（8）測試不同高壓進料泵；

（9）測試多種建造材料；

（10）測試、開發關鍵閥和控制設備；

（11）測試新儀表控制系統；

（12）測試多種控制和卸料閥；

（13）測試多種法蘭和密封系統；

（14）測試多種密封材料；

（15）測試多種動設備的密封裝置；

（16）開發和測試緊急泄壓系統。

對于所加工的原料，都能實現95%以上的轉化率，在1989年和1991年，VCC懸浮床加氫裂化技術對2套裝置實施技術轉讓并完成基礎工藝設計包設計，分別是8萬桶/d的加拿大油砂瀝青改質裝置（業主是Exxon-Petro Canada的合資公司）、2.5萬桶/d的減壓渣油輕質化裝置（業主是德國的OMW公司）。

2 懸浮床加氫裂化工藝和技術特點

2.1 縣浮床加氫裂化工藝流程

圖2是VCC裝置的簡化流程示意圖。

圖2 VCC裝置的簡化流程示意圖Fig.2 The simplified flow diagram of VCC Unit

2.2 裝置的技術特點

（1）一次通過流程，懸浮床加氫裂化反應產物在分離出反應殘余物后，全部進入固定床加氫反應器；

（2）石腦油產品可以直接進入催化重整裝置，超低硫柴油（歐V標準）可以直接銷售，減壓瓦斯油可以直接進入催化裂化或者加氫裂化；

（3）液體產物（C5-524 ℃）的收率＞100%；

（4）根據產品需求，可以調節產品分布，汽油10%～20%，柴油40%～60%，減壓瓦斯油50%～20%；

（5）渣油（524 ℃+）的單程轉化率超過95%，瀝青質轉化率超過90%；

（6）渣油原料的硫含量越高，在懸浮床加氫裂化反應器內越容易轉化；

（7）懸浮床加氫裂化反應不使用含金屬的催化劑，僅添加很少量價格很低的天然礦物添加劑；

（8） 5%反應殘余物為懸浮有固體添加劑的粘稠油漿。VCC懸浮床加氫裂化可以實現渣油單程轉化率為100%，但為了能夠用泵外甩出固體添加劑，需要一部分渣油殘留，故單程轉化率在95%以上；

（9）減壓渣油原料中的所有金屬雜質幾乎全部沉積在天然礦物添加劑上，懸浮床加氫裂化的反應產物中僅有痕量金屬雜質，為下游加工帶來優質原料；

（10）無論是在中試裝置還是工業示范裝置，在反應器器壁、管線從來沒有出現過污垢，確保裝置能夠長周期運行，開工率超過90%；

（11）操作壓力：18～23 MPa，操作溫度：430～470 ℃；

（12）懸浮床加氫裂化反應器沒有內構件、沒有液體循環泵，物料向上通過反應器。

2.3 VCC裝置殘余物的應用

當建設大規模工業裝置時，5%反應殘余物如何有效處理是值得關注的，在VCC裝置運行的10多年期間，對這些殘余物的應用進行了廣泛考察，可以應用到：

（1）煉鐵高爐（鐵礦石冶煉成生鐵），部分代替焦炭，除了利用它的高熱值性能以外，在固體添加劑上沉積的渣油原料所含鎳、釩等金屬也進入到生鐵中，能夠提高煉鋼最終產品（鋼材）的品質；

（2）對于含金屬雜質很高的渣油，可以考慮從廢固體添加劑中回收金屬；

（3）氣化原料；

（4）鍋爐、水泥窯爐等燃料；

（5）為了便于長途輸送，可以使用KBR公司的 AQUAFORM 造粒技術把粘稠油漿變成固體顆粒。

3 懸浮床加氫裂化與其他技術比較

某加工中東原油的 16.8萬桶/開工日煉油廠，生產4萬桶/開工日減壓渣油（w（硫）=4.3%），原工藝路線是減粘裂化生產燃料油，該煉廠為最大程度生產輕質原料，考慮延遲焦化或者懸浮床加氫裂化處理減壓渣油，這兩種路線的產品對比見表1。

表1 產品收率比較Table 1 Comparison of product yield

從表1可以看出，懸浮床加氫裂化比延遲焦化可以多轉化近20%減壓渣油成輕質組分，液體收率（C5-424 ℃）增加20.9%，其中柴油增加17.8%。2008年柴油-石油焦（通過熱值轉換）的價格差異是82美元/桶，而在2000年他們的價格差異為20美元/桶，他們價格差異的劇增，必將導致懸浮床加氫裂化比延遲焦化更具有競爭力，增加的投資額能夠盡快回收。延遲焦化的液體產品必須經過加氫處理才能適用，而 VCC懸浮床加氫裂化的石腦油可以直接進入重整裝置，柴油產品的w（硫）＜10×10-6、十六烷值指數＞45、濁點＜-15 ℃完全滿足歐V柴油標準，減壓瓦斯油的w（硫）＜300×10-6、w（康氏殘碳）＜0.15%、w（金屬）＜1×10-6可以直接進入催化裂化或者加氫裂化裝置，高產品質量也增強了VCC懸浮床加氫裂化的競爭力。

圖3 凈現值比較Fig.3 Comparison of NPV

懸浮床加氫裂化、延遲焦化、沸騰床加氫裂化的凈現值、內部收益率比較見圖3、圖4。可以看出，在原油價格高于50美元/桶，懸浮床加氫裂化的凈現值、內部收益率都好于延遲焦化，而沸騰床加氫裂化只有在原油價格高于85美元/桶時，才有可能于延遲焦化競爭。

圖4 內部收益率比較Fig.4 Comparison of internal rate of raturn

近年來，原油價格一直維持在70美元/桶以上，而且預期會保持很長時間，另外柴油-石油焦的價格差異也在增加。因此，在目前的經濟形勢下，懸浮床加氫裂化是渣油輕質化技術的最佳選擇。

4 結 論

懸浮床加氫裂化技術具有轉化率高、液體收率高、可靠性強等優點，是渣油輕質化的最佳解決方案。

[1] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京:中國石化出版社,2004.

[2] 韓崇仁.加氫裂化工藝與工程[M].北京:中國石化出版社,2001.

[3] Jose Cano, Jorge Ancheyta. Imp’s Process For Heavy Crude Oils Upgrading[M]. NPRA, 2009.

The Suspended bed Hydrocracking Technology –A Residue Processing Technology With Maximization Liquid Yield

WU Qiong，PAN Chao，ZHANG Jing
(HQCEC Liaoning Company, Liaoning Fushun 113006，China)

With price upsurging of crude oil and gradual strictness of fuel standard, in order to gain higher profit, it is a necessary choice for the refinery to converse residue into automotive fuel.The price difference between light crude oil and heavy crude oil is being expanded, choosing reliable heavy oil upgrading technology can reduce refinery’s processing cost. Single pass conversion of residue（524 ℃+）of the suspended bed hydrocracking technology is over 95%（wt）, liquid yield is more than 100%（vol）. In this paper，characteristics of the suspended bed hydrocracking technology were introduced，and it was compared with the delayed coking technology.

Residue ; Suspended bed ; Hydrocracking

TE 624.4+32

A

1671-0460（2010）06-0699-04

2010-10-11

吳 瓊（1983-），女，遼寧撫順人，助理工程師，2006年畢業于大連理工大學化工學院，目前從事石油化工工程設計工作。E-mail：cinderella-mint@163.com，電話：0413-7593645。